一种CdSe/CdS纳米片杂化纤维及其制备方法与流程

本发明属于新能源量子点材料技术领域，涉及一种cdse/cds纳米片杂化纤维及其制备方法。

背景技术：

作为一种新型特殊的半导体纳米晶，cdse/cds纳米片具有特殊的光学性能，广泛应用于照明和显示应用的发光器件领域，得益于低成本，高色纯度，高量子产率和基于纳米片厚度的宽可调发射波长。纳米片的厚度可以容易地以原子精度控制，这导致由最小的非均匀展宽导致的相对较窄的吸收和发射。这些纳米片由于其二维特性，大的面内电子有效质量和相对小的介电常数而表现出大的提取结合能。与球形量子点相比，纳米片具有相对较大的体积，并且它可以潜在地表现出载流子之间较不严重的库仑相互作用，并且允许更有效的电荷注入而不损害量子限制。并且纳米片仅需要精确控制其原子级厚度，合成具有光谱窄发射的胶体纳米晶体，而量子点需要严格控制其尺寸和形状。

静电纺丝法是一种有效且低成本的技术，用于制备直径范围从几纳米到几微米的聚合物纤维。电纺纤维的高表面积与体积比已经在组织工程支架，储能，传感器，药物输送等方面得到了广泛的应用。最近，量子点和聚合物的超细纤维说明静电纺丝方法的成功引起了人们的广泛关注。特别地，有两种将量子点引入聚合物纤维的方法：原位形成方法和直接共混。kenji等人(journalofappliedpolymerscience,2017,134,44584)通过原位静电纺丝方法制备了水溶性cdte量子点/聚合物的纳米纤维，尽管原位形成方法具有对尺寸分布的精确控制，但是形成过程通常导致表面缺陷增加，导致光学性能差。量子点/聚合物直接混合方法可以解决上述问题并获得具有优异光学性能和窄尺寸分布的超细纤维。孙等人(journalofnanoscienceandnanotechnology,2017,17,4036-4040)通过静电纺丝法制备了cdte/聚甲基丙烯酸甲酯量子点复合超细纤维的荧光垫。静电纺丝技术可使油溶性cdte/聚甲基丙烯酸甲酯复合溶液在紫外光下形成具有荧光性质的纳米纤维。复合溶液中cdte量子点的含量对纤维的直径和电导率值有直接影响。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种过程简单、效率高、光学稳定性好的cdse/cds纳米片杂化纤维的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种cdse/cds纳米片杂化纤维，该纤维由cdse/cds纳米片与聚合物杂化而成。

根据本发明，一种cdse/cds纳米片杂化纤维的制备方法，包括步骤如下：

(1)将cdse/cds纳米片分散于三氯乙烯溶液中，离心洗涤后得到均匀溶液；

(2)将聚合物粉末分散在乙醇/三氯乙烯混合溶剂中，剧烈搅拌得到聚合物均匀溶液；

(3)将步骤(1)和(2)中所述的cdse/cds纳米片和聚合物的溶液按一定比例搅拌混合均匀，得到不同含量的混合纺丝液；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液在一定电压下进行静电纺丝，并用铝箔进行收集得到cdse/cds纳米片与聚合物的杂化纤维。

根据本发明，优选的，步骤(1)中将cdse/cds纳米片分散于三氯乙烯溶液中的过程为：将cdse/cds纳米片分散在三氯乙烯中，并加入甲醇进行离心洗涤，得到cdse/cds纳米片溶液。

根据本发明，优选的，步骤(1)的离心洗涤过程为：将所述cdse/cds纳米片溶液离心洗涤3-5次后，获得均匀溶液。

根据本发明，优选的，步骤(1)的离心过程的转速为6000-10000转/分钟，离心时间为6-10分钟，温度为10-25℃。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的乙醇/三氯乙烯混合溶剂中乙醇和三氯乙烯的体积比为1:1-5:1之间。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈中的一种。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的聚合物的浓度为5％-20％。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的聚合物搅拌时间为10-24小时。

根据本发明，优选的，步骤(3)中所述的纺丝液中cdse/cds纳米片质量含量为1％-10％，搅拌时间为5-10小时。

根据本发明，优选的，步骤(4)中所述的静电纺丝外加电压为10-20kv，喷丝头和收集板之间的距离为15-25厘米。

根据本发明，优选的，步骤(4)中所述的静电纺丝时间为5-30分钟。

本发明的技术优势如下：

(1)本发明制备过程简单，具有可控性强、无外加助剂以及效率高等优点。

(2)本发明使用的制备方法中采用乙醇/三氯乙烯作为混合溶剂溶解聚合物，该种混合溶剂可以使cdse/cds纳米片均匀分散在聚合物溶液中，减少纳米片的团聚，制备得到的杂化纤维仍保留了纳米片的优异光学性能，在光电器件应用中具有很大的应用潜力，并且制备方法简单，可控性强。

附图说明

图1为本发明所有实施例中静电纺丝过程示意图。

图2为本发明实施例6制得的cdse/cds纳米片与聚乙烯吡咯烷酮的杂化纤维的扫描电镜图。

图3为本发明实施例6制得的cdse/cds纳米片与聚乙烯吡咯烷酮的杂化纤维的荧光显微镜图。

图4为杂化纳米纤维的荧光强度图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝1:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.1g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。纺丝过程示意图如图1所示。

实施例2：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝2:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.1g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。

实施例3：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝3:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.1g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。

实施例4：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝4:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.1g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。

实施例5：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝5:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.1g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。

实施例6：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝2:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.3g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。

本实施例制得的cdse/cds纳米片与聚乙烯吡咯烷酮的杂化纤维的扫描电镜图如图2所示，由图2可知制备的cdse/cds纳米片均匀混在聚乙烯吡咯烷酮纤维中，形成光滑稳定的杂化纳米纤维。该杂化纤维表面平滑并且纤维的连续直径为～2μm，这表明cdse/cds纳米片在添加三氯乙烯的条件下可以与聚乙烯吡咯烷酮较好的混合。

制得的cdse/cds纳米片与聚乙烯吡咯烷酮的杂化纤维的荧光显微镜图像如图3所示，由图3可知制备的杂化纤维在uv光下表现出强烈的红色荧光，这现象表明成功地将cdse/cds纳米片嵌入到聚乙烯吡咯烷酮纤维中。

实施例7：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯吡咯烷酮放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇/三氯乙烯(乙醇：三氯乙烯＝2:1)混合溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.5g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到分布均匀的具有荧光性能的杂化纳米纤维。

对比例1：

用分析天平精确称取1.0g的聚甲基丙烯酸甲酯放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的乙醇溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.3g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到具有明显结节的杂化纳米纤维。

对比例2：

用分析天平精确称取1.0g的聚乙烯醇放入到小烧杯中，再用量筒称取9g的三氯乙烯溶剂倒入到小烧杯中，然后将烧杯密封起来，以800转/分钟的转速进行搅拌，搅拌持续15小时后，聚乙烯吡咯烷酮将完全溶解得到质量分数为10％的均匀溶液。然后继续向溶液中加入0.3g的cdse/cds纳米片加入聚合物溶液中，继续剧烈搅拌混合物并强烈超声处理以避免纳米片聚集。混合均匀后将制备的纺丝液装入5ml塑料注射器中，放入静电纺丝机中并与将电极与注射器的不锈钢针连接。在静电纺丝过程中，铝箔作为正极收集板，施加的电压为16kv，喷丝头和收集板之间的距离保持20cm，纺丝约30min后得到部分团聚的杂化纳米纤维。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。